Numerische Analyse der Zweiphasenströmung und Kühlwirkung in nasslaufenden Elektromotoren

Name: Numerische Analyse der Zweiphasenströmung und Kühlwirkung in nasslaufenden Elektromotoren
ISBN: 978-3-658-32606-7

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Buchreihe: Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart

Autor: Christopher Beck

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Print ISBN: 978-3-658-32606-7

Electronic ISBN: 978-3-658-32607-4

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Nasslaufende, permanenterregte Synchronmaschinen eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften für den Einsatz im Fahrzeug. Um das thermische Verhalten frühzeitig im Entwicklungsprozess abbilden zu können, ist ein geeigneter Modellierungsansatz notwendig. Seine Analyse der Schlüsselfaktoren in Bezug auf die Wärmequellen/-senken und den Wärmetransport führt den Autor zu den Haupteinflussparametern der Kühlungssimulation. Durch die Wahl geeigneter Modellierungssätze zur Berücksichtigung der relevanten Einflussparameter kann Christopher Beck die Bauteiltemperaturen der nasslaufenden Synchronmaschine in Dauerbetriebspunkten bei adäquater Rechenzeit ermitteln.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung

Die thermische Absicherung und die numerische Bewertung von Kühlkonzepten im Entwicklungsprozess wirken sich positiv auf die Lebensdauer sowie die Dauerleistung elektrischer Maschinen aus. Die Berechnung von Temperaturverteilungen ist notwendiger Bestandteil der digitalen Bewertung, um frühzeitig temperaturkritische Bereiche zu identifizieren und mit geeigneten Kühlmaßnahmen gegenzusteuern. Infolge steigt der Reifegrad und sinkt die Entwicklungszeit neuer Elektromotoren.

Christopher Beck

Kapitel 2. Grundlagen und Stand der Technik

Zusammenfassung

Elektromotoren sind zentraler Bestandteil moderner elektrischer Fahrzeugantriebe und können je nach Fahrsituation motorisch oder generatorisch betrieben werden. Beim motorischen Betrieb wird elektrische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt. Wohingegen beim generatorischen Betrieb der umgekehrte Energiefluss stattfindet.

Christopher Beck

Kapitel 3. Methodisches Vorgehen

Zusammenfassung

Das 3-Ebenen-Vorgehensmodell ist ein für multidisziplinäre Belange optimiertes Vorgehensschema zur Entwicklung von Produkten. Ausgehend von der Systemebene unterteilt sich der Produktentwicklungsprozess in die multidisziplinären Teilsysteme und deren Komponenten. Die V-Form symbolisiert die Querbezüge innerhalb der einzelnen Ebenen zwischen der Entwicklung und der Integration sowie Validierung der Modelle.

Christopher Beck

Kapitel 4. Schlüsselfaktoren der Kühlungssimulation – Wärmequellen, -senken & -transport

Zusammenfassung

Permanenterregte Synchronmaschinen sind komplexe elektrothermomechanische Gebilde. Um Temperaturen in der verwendeten PSM numerisch vorausberechnen zu können, werden zunächst auf Basis eines dreidimensionalen thermischen Modells mit analytischen Wärmesenken ausgewählte Einflussparameter untersucht. Das übergeordnete Ziel besteht in der Identifikation der Schlüsselfaktoren, um im Folgenden das Gesamtmodell des Elektromotors an den relevanten Stellen zu verbessern und etwaige unkritische Bereiche für einen reduzierten Rechenaufwand zu vereinfachen.

Christopher Beck

Kapitel 5. Fluid-Modellierung

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird die Modellierung der Fluide im Elektromotor beschrieben. Basierend auf den Untersuchungen in Kapitel 4 wird das Strömungsgebiet in Teilbereiche zerlegt und jeweils eine geeignete Modellierungsart gewählt. Die Reihenfolge richtet sich nach der Fließrichtung des Öl-Pfads, wobei zu Beginn des Kapitels die allgemeinen Grundlagen der numerischen Modellierung der Mehrphasenströmung beschrieben werden.

Christopher Beck

Kapitel 6. Systemintegration und Validierung

Zusammenfassung

Die entwickelten Submodelle werden zu einem Gesamtsystem der untersuchten PSM integriert. Dieses Modell erlaubt eine digitale Kühlkonzeptbewertung von nasslaufenden Elektromotoren im Entwicklungsprozess sowie die Kalibrierung von thermischen Netzwerken auf Basis der Bauteiltemperaturen in einzelnen Dauerbetriebspunkten. Die Validierung des Ansatzes erfolgt über einen Abgleich der Komponententemperaturen zwischen Prüfstand und Simulation mittels Dauerbetriebspunkten - S1.

Christopher Beck

Kapitel 7. Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Simulationsmodells einer nasslaufenden permanenterregten Synchronmaschine. Die Anforderungen an das entwickelte Modell bestehen in der Vorhersagegüte der auftretenden Bauteiltemperaturen in Dauerbetriebspunkten und in der Rechenzeit, die für den Einsatz im Entwicklungsprozess im Bereich weniger Tage liegen muss.

Christopher Beck

Backmatter

Titel: Numerische Analyse der Zweiphasenströmung und Kühlwirkung in nasslaufenden Elektromotoren
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Print ISBN: 978-3-658-32606-7
Electronic ISBN: 978-3-658-32607-4
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-32607-4
Autor:: Christopher Beck

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